Pojęcie stresu
Omawiając pojęcie naprężenia, nieuchronnie musimy uwzględnić odkształcenie. Naprężenie odnosi się do siły wytwarzanej wewnątrz obiektu, aby przeciwdziałać odkształceniu pod wpływem sił zewnętrznych. Odkształcenie natomiast odnosi się do względnych zmian kształtu i rozmiaru obiektu pod wpływem sił zewnętrznych. Te dwa pojęcia, jako ważne parametry opisu i pomiaru zachowania i wydajności materiałów pod wpływem naprężenia, są szeroko stosowane w dziedzinie materiałoznawstwa.
Stres soczewki
W dziedzinie materiałoznawstwa naprężenie jest istotnym pojęciem. Produkcja soczewek żywicznych stanowi ważny kierunek zastosowań w tej dziedzinie, wymagający odpowiedniej wiedzy na temat materiałów soczewkowych. Obecnie najpopularniejsze soczewki na rynku są wykonane głównie z materiałów żywicznych. Podczas procesu produkcji powstawanie naprężeń w soczewkach jest nieuniknione. Szczególne zaniepokojenie budzi fakt, że wpływu naprężeń na soczewki nie można wizualnie zidentyfikować gołym okiem i można go skutecznie monitorować jedynie za pomocą specjalistycznego sprzętu optycznego, takiego jak miernik naprężeń. Podczas procesu produkcyjnego soczewki mogą generalnie wykazywać dwa rodzaje naprężeń wewnętrznych: naprężenie orientacyjne i naprężenie skurczowe. Te dwa rodzaje naprężeń mogą mieć pewien wpływ na jakość i parametry soczewek, dlatego należy poświęcić im odpowiednią uwagę.
① Stres orientacyjny
Podczas procesu formowania materiałów żywicznych łańcuchy molekularne poddawane są działaniu wysokiego ciśnienia i sił ścinających, co powoduje drastyczne zmiany w ich strukturze. Z uwagi na fakt, że łańcuchy molekularne materiału pozostają zamrożone w stanie nieuporządkowanym i rozluźnionym, zanim w pełni powrócą do swojego naturalnego stanu, powstają szczątkowe naprężenia orientacyjne. Zjawisko to jest szczególnie widoczne w materiałach poliwęglanowych (PC).
Proste wyjaśnienie:
Soczewka wykonana jest z żywicy. Podczas procesu formowania, przejście soczewki z fazy ciekłej w stałą charakteryzuje się nierównomiernością, co powoduje powstawanie naprężeń wewnętrznych. Naprężenia te objawiają się ciśnieniem z obszarów o większej gęstości na obszary o mniejszej gęstości.
②Naprężenie skurczowe
Podczas procesu produkcji materiałów żywicznych, łańcuchy molekularne, przechodząc od topnienia do chłodzenia, mogą charakteryzować się nierównomiernym rozkładem temperatur chłodzenia z powodu różnic w grubości ścianek produktu lub kanałów wody chłodzącej. W konsekwencji, ta różnica temperatur może prowadzić do zróżnicowanego stopnia skurczu w różnych obszarach. Różnica w szybkości skurczu między różnymi obszarami może prowadzić do naprężeń szczątkowych spowodowanych działaniem sił rozciągających i ścinających.
Proste wyjaśnienie:
Podczas procesu chłodzenia przy produkcji soczewek czynniki takie jak różnice w grubości soczewki i ich związek z wewnętrznym systemem chłodzenia, np. szybsze chłodzenie w niektórych obszarach i wolniejsze chłodzenie w innych, mogą powodować powstawanie naprężeń wewnętrznych.
Eliminacja stresu soczewek
1. Optymalizacja technik produkcyjnych
Aby zredukować powstawanie naprężeń wewnętrznych podczas produkcji soczewek, producenci soczewek stale optymalizują i udoskonalają techniki produkcji. W procesie produkcji soczewka przechodzi trzy etapy utwardzania w wysokiej temperaturze. Pierwszy etap utwardzania przekształca soczewkę ze stanu ciekłego w stały i eliminuje naprężenia wewnętrzne w ciele stałym. Kolejne dwa etapy utwardzania mają na celu wielokrotną eliminację naprężeń wewnętrznych, a tym samym uzyskanie jak najbardziej jednolitej struktury wewnętrznej soczewki.
2. Rozluźnienie naprężenia soczewki
Zgodnie z wyjaśnieniem prawa Hooke'a w fizyce, w warunkach stałego odkształcenia, naprężenia stopniowo maleją z upływem czasu – zjawisko to znane jest jako krzywa relaksacji naprężeń. Oznacza to, że efekty naprężeń orientacyjnych i skurczowych generowanych podczas procesu produkcji soczewek stopniowo słabną wraz z wydłużaniem się czasu przechowywania soczewki po formowaniu. Czas relaksacji naprężeń soczewki jest ściśle związany z odkształceniem i naprężeniami zewnętrznymi. W normalnych warunkach naprężenia w soczewce zmniejszają się do minimum po około trzech miesiącach od zakończenia produkcji. Dlatego też, ogólnie rzecz biorąc, naprężenia wewnętrzne w soczewce są zasadniczo eliminowane po opuszczeniu fabryki.
Generowanie stresu w okularach
Biorąc pod uwagę wiedzę na temat naprężeń soczewek, wiemy, że wpływ naprężeń na poszczególne produkty soczewkowe jest stosunkowo niewielki, a nawet można go uznać za nieistotny. Dlatego też w chińskiej normie krajowej dla soczewek parametry naprężeń nie są uwzględniane w kryteriach kwalifikacji. Jaka jest zatem główna przyczyna naprężeń w okularach? Jest to ściśle związane z technologią procesu przygotowania okularów na zamówienie.
W sklepach z okularami, podczas montażu soczewki szlifowanej w oprawce, optyk szlifuje soczewkę do rozmiaru nieco większego niż wymagany, aby zapobiec jej zbytniemu poluzowaniu i łatwemu odrywaniu się od oprawki. Zapewnia to bezpieczne dopasowanie soczewki do oprawki za pomocą śrub, zapobiegając jej zsuwaniu się. Operacja ta może jednak zwiększyć naprężenie soczewki, co prowadzi do dyskomfortu podczas noszenia. Zbyt duże rozmiary soczewki lub zbyt mocne dokręcenie śrub oprawki mogą powodować nierównomierne załamanie światła na powierzchni soczewki, co skutkuje powstawaniem falistych zmarszczek i wpływa na jakość obrazu.
Zjawisko generowania stresu przez okulary
1. Dwójłomność
Ze względu na nieco większy rozmiar szlifowanej soczewki, dokręcanie podczas montażu powoduje ściśnięcie jej krawędzi, co skutkuje wzrostem gęstości. Ta zmiana gęstości zmienia pierwotny współczynnik załamania światła soczewki, powodując w ten sposób wystąpienie zjawiska „dwójłomności” w soczewce.
2. Przechylony
Rozpraszanie Jeśli podczas montażu okularów rozmiar będzie zbyt ciasny, spowoduje to ściśnięcie soczewki, co z kolei doprowadzi do powstania „zmarszczek” na powierzchni i nierównomiernego rozproszenia soczewki.
W przypadku takich problemów, możemy wyjąć soczewkę z oprawki, aby zmienić jej stan ściśnięty. Zmiana ta polega na tymczasowej korekcie naprężeń, a po usunięciu siły zewnętrznej stan soczewki może zostać przywrócony, a nawet całkowicie przywrócony. Należy jednak pamiętać, że w przypadku długotrwałych zmian naprężeń wewnętrznych spowodowanych ciśnieniem zewnętrznym, nawet demontaż i ponowny montaż soczewki nie gwarantuje przywrócenia jej pierwotnego stanu. W takim przypadku jedynym rozwiązaniem jest wybór nowej soczewki.
Naprężenie soczewki występuje częściej w okularach pełnoramkowych, a w okularach półramkowych może również wystąpić, gdy drut oprawki jest zbyt ciasny. Zjawisko to występuje zazwyczaj w obszarze peryferyjnym soczewki, a niewielkie naprężenie ma niewielki wpływ na jakość widzenia i nie jest łatwo zauważalne. Jednakże, jeśli naprężenie jest nadmierne, wpływa ono na centralną strefę optyczną, prowadząc do niewyraźnego widzenia i zmęczenia wzroku, zwłaszcza podczas patrzenia na peryferie lub podczas skanowania.
Ponieważ naprężenia okularów powstają głównie w wyniku ściskania oprawki, okulary bezramkowe wykazują lepszą odporność na naprężenia.
Metoda samokontroli stresu okularowego
Pod wpływem sił zewnętrznych soczewki wykonane z różnych materiałów będą wytwarzać różne wzorce naprężeń ze względu na różnice w gęstości, twardości i strukturze wewnętrznej. Jednak zjawiska naprężeń mogą wystąpić niezależnie od materiału. Poniżej znajduje się krótkie wprowadzenie do metody badania naprężeń. Potrzebne narzędzia to monitor komputerowy i soczewki spolaryzowane.
Metoda działania:
1. Uruchom komputer i otwórz pusty dokument Worda. (Test wytrzymałościowy wymaga użycia światła spolaryzowanego, a monitor komputera jest powszechnym źródłem światła do tego typu testów).
2. Umieść okulary przed ekranem komputera i uważnie obserwuj, czy nie występują żadne nietypowe zjawiska.
3. Użyj soczewek spolaryzowanych (można wybrać okulary przeciwsłoneczne z polaryzacją, klipsy z soczewkami spolaryzowanymi i okulary do filmów 3D), aby zaobserwować wzorce naprężeń na soczewkach okularów i monitorze komputera.
Soczewki spolaryzowane mogą ujawniać prążkowane zniekształcenia w obszarze peryferyjnym soczewki, będące przejawem wzorców naprężeń. Rozkład naprężeń na soczewkach zazwyczaj ukazuje się w postaci punktów i pól naprężeń, a stopień wzorców naprężeń jest ściśle związany z wpływem naprężeń na soczewki. Analizując rozkład wzorców naprężeń, możemy łatwo określić kierunek kompresji i wielkość odkształcenia, jakiemu poddano soczewkę podczas procesu montażu.
Po sprawdzeniu, oryginalna soczewka przed montażem nadal wykazuje pewien stopień naprężeń, mimo braku działania sił zewnętrznych. Wynika to z nierównomiernego działania sił, takich jak ściskanie i kurczenie się podczas procesu produkcji, co powoduje powstawanie naprężeń wewnętrznych. Warto zauważyć, że trudno jest uniknąć występowania naprężeń wewnętrznych w okularach, a niewielkie lub minimalne wzorce naprężeń są dopuszczalne. Jednocześnie, aby uniknąć wpływu na jakość widzenia, wzorce naprężeń nie powinny być rozłożone na środek optyczny soczewki.
Podsumowując
Efekty stresu związanego z okularami mogą wpływać na jakość widzenia, powodując dyskomfort podczas noszenia i rozpraszanie w peryferyjnym polu widzenia. Należy jednak pamiętać, że stresu związanego z okularami trudno uniknąć i dopóki mieści się on w rozsądnym zakresie, jego wpływ na widzenie może być praktycznie niezauważalny. Soczewki na zamówienie wykorzystują technologię tokarską, co przekłada się na mniejsze obciążenie i stało się obecnie dominującym produktem na rynku okularów z wyższej półki.
Czas publikacji: 12 stycznia 2024 r.